В части 1 одноименной статьи я пытался разобраться, какой смысл вкладывают современные ученые в понятие элементарная частица. Для этого я взял учебник, рекомендованный для изучения материала в Московском государственном университете. Книга написана учеными Б.С. Ишхановым, И.М. Капитоновым, Н.П. Юдиным, и называется “Частицы и атомные ядра”.
Из книги я узнал, что эти ученые признают гипотезу Демокрита о том, что материя имеет предел делимости. То есть, существует кирпичик, Демокрит назвал его атомом, который дальше ни на что не делится и все состоит из этих атомов.
Дальше ученые рассмотрели некоторые частицы, наиболее подходящие для понятия неделимости: кванты, фотоны, нейтрино, электрон. Но назвать их явно неделимыми бесструктурными не осмелились, что было правильно. Потому что, когда начали изучать позитрон, то оказалось, что электрон и позитрон могут аннигилировать, а затем попарно восстанавливаться, образовывая пары электрон-позитрон. Это навело ученых на мысль, что эти частицы обладают некой структурой. Эту структуру можно как-то видоизменять, а затем и восстанавливать. Правда эта структура никого не заинтересовала и не интересует до сих пор. Какое-то не перспективное дело.
А вот дело Демокрита надо подтверждать и искать этот самый неделимый кирпичик. Решили поискать этот кирпичик в адронах, в частности в протонах и нейтронах.
Параграф 15. Кварки – частицы, из которых состоят адроны.
Как пишут в книге:
“В 1964 г. независимо друг от друга М. Гелл-Манн и Д. Цвейг предложили модель кварков – частиц, из которых могут состоять адроны. Эксперименты по рассеянию электронов и пионов на нуклонах показали, что нейтрон и протон … имеют сложную внутреннюю структуру. Поэтому гипотеза о новых фундаментальных частицах, из которых можно строить адроны, казалась вполне правдоподобной”. (Стр. 34).
Безо всяких экспериментов этим частицам приписали дробные электрические заряды. Сразу открыли три кварка: u, d, s. Из этих кварков и составляли протоны и нейтроны. Это выглядело примерно так:
Видите как все просто. Теперь давайте посмотрим на таблицу стандартной модели и осуществим некоторые операции.
1. Выпишем из этой таблички массы кварков: u=2.3 и d=4.8.
2. Сложим эти массы для протона: u+u+d = 2.3+2.3+4.8 =9.4МэВ.
3. Проделаем туже операцию для нейтрона: u+d+d =2.3+4.8+4.8 =11.9МэВ.
4. Откроем в Википедии статьи по запросам протон и нейтрон. Имеем:
5. Протон – масса 938,272 088 16(29) МэВ
6. Нейтрон – масса 939,565 420 52(54) МэВ
Где правда в пунктах 2-3 или 5-6? Если признать правду за пунктами 2-3, то видим большую разницу между массой протона и массой нейтрона. Если признать правду за пунктами 5-6, то следует верить Хабру, который представляет адроны из множества кварков. Как вот этот рисунок.
Но ученых эти нестыковки ничуть не смущают. Посмотрите ролик https://mipt.ru/education/chair/physics/records/quantum/morozov18-19.php?sphrase_id=539296, в котором Морозов А. И. читает лекцию по квантовой физике в таком передовом институте как МФТИ. Лекция №14 называется “Фундаментальные взаимодействия и частицы. Элементарные частицы.” Как ученый объясняет разницу в массах пунктов 2 и 5 или 3 и 6? Да очень просто. В адроне кварки не свободны, там бегают разные виртуальные кварки и виртуальные глюоны, в результате чего получается целое образование, которое в сотню раз массивнее трех кварков. Эти идеи не я выдумываю – их произносит перед студентами профессор Морозов А. И. Кстати в этих же лекциях Морозов замечает, что лучшего учебного материала по данному вопросу нет, чем книга написана учеными Б.С. Ишхановым, И.М. Капитоновым, Н.П. Юдиным, и называется “Частицы и атомные ядра”.
Эти кварки признали бесструктурными не делимыми. По идее они должны существовать вечно в неизменном виде.
Но на этом открытие кварков не закончилось.
“Однако 1974 г. завершился для физиков сенсацией. Одновременно две группы физиков объявили о наблюдении новой частицы. Теперь ее называют J/ψ-мезоном. Масса обнаруженной частицы была ≈3,1 ГэВ”. (Стр. 34).
Эта частица оказалась относительной долгожительницей. Она жила в 1000 раз дольше нежели другие частицы с такой же массой. В этом и заключалась сенсация. Ученых это встревожило и требовало объяснения.
“Дальнейшие исследования показали, что причиной такого долгожития является то, что в его состав входит новый неизвестный ранее c-кварк, названный очарованным кварком. Было высказано предположение, что J/ψ это мезон, состоящий из c-кварка и c-антикварка”. (Стр. 34).
И что же это за такие дальнейшие исследования? А вот следы в пузырьковой камере, которые и зафиксировали рождение очарованного бариона Σс++.
Ни чего не скажешь, картинка красивая, но объяснение ее все же вызывает некоторые недоразумение. А именно:
“Нейтрино, идущее снизу, взаимодействует с протоном” (Стр. 35). Вот результат взаимодействия:
“В результате взаимодействия возникает 5 заряженных частиц – отрицательно заряженный мюон, 3 положительно заряженных и 1 отрицательно заряженный пион и одна нейтральная частица Λ-гиперон. Спирали – это электроны, движущиеся в магнитном поле. Λ-гиперон образует характерную вилку, распадаясь на протон и отрицательно заряженный пион. Анализ треков приводит к выводу, что Λ-гиперон и четыре пиона образовались в результате распада очарованного бариона Σс++ с массой около 2,4 ГэВ”. (Стр. 35).
Ну от как тут жить. Эта табличка стандартной модели как заноза. Мюонное нейтрино обладает энергией <0,17 МэВ. Его ничто не разгоняет, то есть не добавляет ему дополнительную энергию. Протон тоже ничем не ускоряется. Его энергия тоже известна и равна 938 МэВ. В начале реакции энергия системы была равна 0,17+938 МэВ, то есть меньше 1 ГэВ, а выходе получилась энергия около 2,4 ГэВ. Откуда взялась эта дополнительная энергии. С вакуума, что ли? Может быть я чего-то не понимаю, а другим это все понятно?
Если из очарованного бариона вычесть массу отрицательного мюона, то должны ведь получить массу Λ-гиперона: 2,4-0,1057≈2,3 ГэВ. Масса пиона равна ≈140 МэВ. 5 пионов обладают массой около 0,7 ГэВ. Масса протона около 1 ГэВ. В сумме после распада гиперона имеем примерно 1,7 ГэВ. Где девались 0,6 ГэВ? И в каком вообще конечном образовании или самостоятельно находится этот очарованный кварк?
Все распалось на частицы с массами меньше 1 ГэВ, а c-кварк согласно табличке, обладает массой ≈1, 275 ГэВ. Что он жил только в барионе, который не мог оставить даже след в камере, и затем этот c-кварк развалился? Если это так – c-кварк развалился – то можно ли из этих частиц что-то строить? Могут ли они быть фундаментом чего-либо? Посмотрим, что по этому поводу будут рассказывать авторы учебника.
“Итак, кварков стало 4, но на этом открытие новых кварков не завершилось. В 1977 г. были открыты нейтральные мезоны с массами около 10ГэВ. Они получили название ипсилон-мезонов. …они наблюдались в реакции образования мюонных пар в протон-ядерных столкновениях и на электронно-позитронных коллайдерах…Открытие семейства ипсилон-мезонов означало открытие пятого кварка b”. (Стр. 36).
Этот кварк назвали beautiful – красивый, как и положено имел свой антипод – b-антикварк. Так уж случилось, что кварки и антикварки пытаются скрыть свою красоту или очарование.
Но ученых уже нельзя было остановить. Они все повышали энергию столкновений и “в 1995 г. был открыт шестой, самый тяжелый кварк – t-кварк”. Его назвали top – верхний.
Анализируя все эти данные авторы книги считают:
“Таким образом, на этом этапе развития наших представлений о структуре материи на первый план выходят “новые элементарные частицы” - кварки”.
“Передний край физики микромира сместился на новый уровень – в область физики кварков и лептонов. На современном уровне познания кварки и лептоны считаются фундаментальными частицами вещества. … Кварки и лептоны образуют вещество во Вселенной”. (Стр. 36).
Не успели еще разобраться со “старыми фундаментальными частицами”, такими как электрон, позитрон или фотон, а уже на открывали много новых фундаментальных частиц.
На странице 25 этой книги ученые высказали сомнение в элементарности этих фундаментальных частиц. Пришлось искать фундаментальные частицы в протонах и нейтронах.
Вот что интересно: данные авторы этого учебника относят электроны, позитрон и фотоны к веществу Вселенной или нет? Если нет, то к чему отнести эти частицы? А если они относятся все-таки к веществу Вселенной, то должны ли они состоять из кварков и лептонов?